在生物传感器领域引入纳米材料主要起以下几种重要作用。
纳米材料可以加速电子转移速率，增加氧化还原物质在电极表面反应的可逆性。将Pd纳米线应用于电化学传感器中，催化氧化抗坏血酸；实验结果表明，纳米材料的引入有效的降低了抗坏血酸氧化过电位，避免了其他电活性物质的干扰，检测限为0．2gmol/L，检测范围为25umol/L-0．9 mmol/L。
纳米材料可以催化不同的反应。金、银、铂、钯及其合金纳米材料对过氧化氢的还原反应具有良好的催化效果，铜、铂、镍及其合金纳米材料可以催化葡萄糖的氧化反应。另外还有一些金属纳米材料可以催化抗坏血酸、多巴胺、尿酸等电活性物质在电极表面进行反应，从而达到检测效果。
纳米材料常常用来标记生物分子。Wu等将量子点(QDs，亦为纳米材料)连接在免疫球蛋白(IgG)和生物素上，合成了具有荧光作用的探针，它可以与肿瘤标志物Her2特异性结合，以达到检测的目的。实验结果证明量子点标记的探针在细胞成像方面更有效，较染料分子标记检测时更有利。
纳米材料可以用来固定生物分子。Taton等将探针DNA固定在金纳米粒子(AuNPs)上，然后再将A矿还原为至AuNPs上形成核壳结构纳米粒子，该纳米粒子显著地增强了荧光信号强度，大大的提高了检测限。
纳米材料可以作为反应控制开关(Off-On反应)；Zhao等报道了Fe3+、Cu2+、Hg2+三种金属粒子均可以对金纳米簇的荧光作用起到淬灭作用，但是如果向淬灭的金纳米粒子中加入EDTA后，混有Fe3+、Cu2+的金纳米粒子重新具有荧光作用，而混有H92+的金纳米簇仍保持原状；如果向淬灭的金纳米簇中加入NI-GF后，混有Fe3+的金纳米簇重新具有荧光作用，而混有Cu2+、H92+的金纳米簇仍保持原状；这里金纳米簇起到了控制开关(Off-On)的作用，故作者先加入NH4F检测Fe3+的浓度，在加入EDTA检测Hg2十的浓度，进而得到Cu2+的浓度。
Vaishnavi等制备了一种硫代乙酸包裹的CdTe量子点，表面带有负电，当它遇到表面带正电的卟啉时，会因为静电作用结合而荧光淬灭(Off)；当DNA加入时，卟啉会和DNA结合，进而从CdTe量子点上脱落下来；CdTe量子点再次具有荧光性。实验发现，随着DNA浓度的增大，荧光信号增强，两者呈线性，说明所制备的硫代乙酸包裹的CdTe量子点通过作为反应过程的开关进而实现对DNA的检测，检测范围为6.5～296 nmol/L。
